Biologie

Modellierung, wie Proteine ​​mit DNA interagieren

Ein Artikel in der Open-Access-Zeitschrift PLoS Biology berichtet über DNA-Loop-Bildung - ein sehr wichtiger Prozess in der Regulierung der Genexpression. Forscher der Brandeis University verwendeten modernste Werkzeuge, um ein Protein zu beobachten, das an der Regulation der DNA-Transkription beteiligt ist. Lac-Repressor ist ein Protein aus dem Bakterium E. coli, das einzelne Gene ein- und ausschaltet, und die Forscher waren in der Lage, die Form und das Verhalten des Proteins zu analysieren, während einzelne DNA-Moleküle in enge Schleifen gebogen wurden.
Ein Protein muss eine DNA-Schleife erzeugen und gleichzeitig an zwei verschiedene Stellen im Gen binden, um bestimmte Gene ein- oder auszuschalten. Die Merkmale dieser Schleifen sind nicht gut verstanden, obwohl sie ziemlich häufig sind. Die Brandeis-Forscher verwendeten Atomkraftmikroskopie und Tethered-Particle-Bewegung (TPM), um einzelne DNA-Moleküle zu untersuchen. Dies ermöglichte ihnen, die Form der Schleife zu verstehen, die sonst nicht sichtbar ist. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass viele frühere Modelle von DNA-Schleifen wahrscheinlich falsch waren. Diese frühere Forschung erforderte, dass sich die DNA auf eine Weise verbiegt und verdreht, die mit den beobachteten Verhaltensweisen bei der Untersuchung der einzelnen DNA-Moleküle nicht kompatibel ist.
Mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie konnten die Forscher die Form der DNA-Moleküle erkennen und mithilfe von TPM das Verhalten der Moleküle feststellen. Durch das Anbringen einer winzigen Plastikperle (ein Millionstel Zoll Durchmesser) am Ende eines DNA-Moleküls ermöglichten die TPM-Experimente einem Computer die Analyse von Kügelchenbewegungen, die in einem Mikroskop beobachtet wurden. Während die DNA-Schleife durchgeschleift wurde, beobachteten die Wissenschaftler die Details des Verhaltens des Moleküls.
Diese Techniken sind alle sehr anspruchsvoll, aber die Forscher haben auch einfache 3-D-Modelle der DNA-Schleifen erstellt. Sie visualisierten, wie das Protein DNA mithilfe von Binder-Clips und Klebeband verbog und verdrehte. Dies half zu bestimmen, welche Modelle möglich und welche unwahrscheinlich waren.
"Was wir in dieser Arbeit gezeigt haben, ist, dass, im Gegensatz zu dem, was viele Wissenschaftler dachten, die Struktur des Proteins flexibel ist und verschiedene Formen annehmen kann, was dazu beiträgt, das Biegen oder Verdrehen der DNA in Schleifen zu minimieren und somit eine stabile Genregulation zu maximieren." sagte Professor Jeff Gelles. "Wir glauben, dass das Protein die Fähigkeit hat, seine Form zu ändern, um unterschiedlich große Schleifen und unterschiedliche Mengen an DNA aufzunehmen, was den Zellen hilft
Gene im eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand erhalten. "
"Wir halten es für möglich, dass die Eigenschaften dieses genetischen Schalters Beispiele für ein allgemeines Phänomen sind, das die Genregulation erklären kann", fügte Gelles hinzu. Es ist bekannt, dass viele Krankheiten und Krebserkrankungen mit einer schlechten Genregulation verbunden sind; Ein Verständnis davon, wie es funktioniert - sogar ein einfaches Bakterium - kann die zukünftige Entwicklung von Antibiotika unterstützen.
"Der Schlüssel ist, dass das Protein seine Form" on the fly "verändern kann, um verschiedene Arten von Schleifen oder unterschiedliche Abstände zwischen verschiedenen Teilen der DNA aufzunehmen. Auf diese Weise hat sich das Protein entwickelt, um die Genregulation zuverlässiger zu machen." schließt Gelles.
Interkonvertierbare Lac-Repressor-DNA-Schleifen durch Einzelmolekül-Experimente
Wong OK, Guthold M, Erie DA, Gelles J
PLoS Biologie (2008). 6 (9): e232.
doi: 10.1371 / journal.pbio.0060232
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Geschrieben von: Peter M Crosta

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